数控机床编程基础

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第一节 第二节 第三节 第四节
概述 编程的基础知识 常用准备功能指令的编程方法 数控编程的工艺处理
2011年4月Biblioteka 8日9时33分1第一节
概述
• 一、数控编程的基本概念 • 数控加工：在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。在数 控机床上加工零件时，首先要根据零件图样，按规定的代码及程序 格式将零件加工的全部工艺过程、工艺参数、位移数据和方向以及 操作步骤等以数字信息的形式记录在控制介质上(如穿孔带、磁带等)， 然后输人给数控装置，从而指挥数控机床加工。 • 数控编程：从零件图样到制成控制介质的全过程 • 二、数控编程的内容和步骤 • 数控编程的内容主要包括：分析零件图样、确定加工工艺过程、 数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、程序校验和试切削 等。 • 1．确定工艺过程 • 在确定加工工艺过程时，编程人员要根据零件图样进行工艺分 析，然后选择加工方案，确定加工的顺序、加工路线、装卡方式、 刀具、工装以及切削用量等工艺参数。
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（3）对形状较复杂零件(如非圆曲线、曲面组成的零件)的轮廓 加工，需要用直线段或圆弧段逼近，根据要求的精度计算出其节 点坐标值。一般要用计算机来完成数值计算的工作。 • 3．编写零件加工程序单 • 加工路线、工艺参数及刀具运动轨迹的坐标值确定以后，编 程人员可以根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐 段编写加工程序单。 • 此外，还应填写有关的工艺文件，如数控加工工序卡片、数 控刀具卡片、数控刀具明细表等。 • 4．制备控制介质 • 制备控制介质就是把编制好的程序单上的内容记录在控制介 质上作为数控装置的输入信息。 • 控制介质的类型因数控装置而异，常用的有穿孔纸带、磁盘 等，也可直接通过数控装置上的键盘将程序输入存储器。 • 5．程序校验和试切削 • 程序单和制备好的控制介质必须经过校验和试切削才能用于 正式加工。 。 2011年4月28日9时33分 4 •
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第二节 编程的基础知识
• 一、零件加工程序的结构 • 1．程序的构成一个完整的零件加工程序由程序号(名)和若干个程 序段组成，每个程序段由若干个指令字组成，每个指令字由字母、数 字、符号组成
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• 每一个独立的程序都应有程序名，它可作为识别、调用该程序的标志。 程序名的格式：
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• 标准统一规定，以增大工件与刀具之间距离的方向(即增大工件尺 寸的方向)为坐标抽的正方向。 • （2) 机床坐标的确定方法 • 1)Z轴：平行于机床主轴(传递切削动力)的刀具运动坐标为Z坐标， 取刀具远离工件的方向为正方向(+Z)。 • 几个主轴，选一垂直于工件装卡面的主轴方向为Z轴。 • 无主轴，取Z轴垂直于工件装卡面 • 2)X轴：水平轴，垂直于Z轴并平行于工件的装夹面。取刀具远 离工件方向为正方. • 工件旋转 取X轴平行于横向滑座（即工件径向上）； 刀具旋 转 • Z轴水平 从主轴向工件看时，右方为+X； • Z轴垂直 单立柱机床，从主轴向立柱看，右方为+X； 3)Y轴： Y坐标垂直于X、Z坐标。在确定了X、Z坐标的正方向后，按右手 定则确定。
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• （2）指令字在程序段中的顺序没有严格的规定，即可以任意顺序的书 写。不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写。 • 因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。 • 字地址程序段一般格式：
• 如：N20 G01 X25 Y-36 Z64 F100 S300 T02 M03程序段可以认为是 由若干个程序字(指令字)组成，而程序字又由地址码和数字及代数符 号组成。
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一般采用空走刀校验、空运转画图校验以检查机床运动轨迹与动 作的正确性。 在具有图形显示功能和动态模拟功能的数控机床上，用图形模拟 刀具与工件切削的方法进行检验。 但这些方法只能检验出运动是否正确，不能检查被加工零件的加 工精度。 因此，还要进行零件的试切削。当发现有加工误差时，应分析误 差产生的原因，采取措施加以纠正。 三、数控编程的方法 数控编程的方法有两种：手工编程和自动编程。 1．手工编程 用人工完成程序编制的全部工作(包括用通用计算机辅助进行数值 计算)称为手工编程。 对简单零件，数值计算较简单，程序段少，采用手工编程较易完 成，且经济、及时。 5
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• (2)增量(相对)坐标系 • 在坐标系中，运动轨迹(直线或圆弧)的终点坐标值是以起点开始计 算的，这种坐标系称增量(相对)坐标系。增量坐标系的坐标原点是 移动的，坐标值与运动方向有关 • 编程中，绝对坐标和相对坐标均可使用。可从加工精度要求和编 程方便程度等角度考虑合理选用坐标系类型。
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• ２．机床坐标系与工件坐标系 • 机床原点 • 机床原点：机床坐标系的原点。 • 对某一具体的机床来说，机床原点是固定的，是机床制造商设置在 机床上的一个物理位置。 • 机床参考点: • 是用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动的测量系统进行定标 和控制的点，也称为机床零点。 • 参考点相对于机床原点来讲是一个固定值。 • 它是在加工之前和加工之后，用控制面板上的回零按钮使移动部件 移动到机床坐标系中的一个固定不变的极限点。 • 数控机床在工作时，移动部件必须首先返回参考点，测量系统置零， 之后测量系统即可以以参考点作为基准，随时测量运动部件的位置。 • 工件坐标系和工件零点
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• 二、数控机床的坐标系 • １．坐标轴及运动方向的规定为确定机床运动部件的运动方向和移动 距离，需在机床上建立一个坐标系，该坐标系就叫机床坐标系。 • （1）机床坐标轴及其方向 • 数控机床的运动轴分为平动轴和转动轴。 • 数控机床各轴的运动，有的是使刀具产生运动，有的则是使工件产 生运动。 • 鉴于以上的两方面，标准规定，不论机床的具体运动结果如何，机 床运动统一按工件静止而刀具相对于工件运动来描述。 • 以右手笛卡尔坐标系表达，其坐标轴用X，Y，Z表示，用来描述机 床的主要平动轴，称为基本坐标轴。 • 若机床有转动轴，标准规定绕X，Y和Z轴转动的轴分别用A、B、C 表示，其正向按右手螺旋定则确定。
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注：以上均为刀具运动方向，工件方向与其相反用X’、Y’、 Z’表示。 4)A、B、C坐标 A、B、C坐标分别为绕X、Y、Z坐标的回转进给运 动坐标，确定了X、Y、Z坐标的正方向后，按右手螺旋定则来确定A、 B、C坐标的正方向。 5)附加运动坐标 X、Y、Z为机床的主坐标系或第一坐标系。 主系外平行于主坐标系的其它坐标系称附加坐标系。 附加的第二坐标系命名为Ｕ、Ｖ、Ｗ。 附加的第三坐标系命名为P、Q 、Ｒ。 （3) 编程坐标系：工件和刀具是一对相对运动，X和X’、Y和Y’、Z和 Z’有确定关系。数控编程时，为了方便，一律假定工件不动，全部用 刀具的运动坐标系编程。
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• 2．自动编程 • 也称计算机辅助编程，即程序编制工作的大部分或全部由计算机 来完成。如完成坐标值计算、编写零件加工程序单、自动输出打印加 工程序单和制备控制介质等。 • 它减轻编程人员的劳动强度，缩短编程时间，提高编程质量，解 决手工编程无法解决的复杂零件的编程难题。 • 根据编程信息的输入和计算机对信息的处理方式不同，可分为： • （1）以自动编程语言为基础的自动编程方法（简称语言式自动编程） • （2）以计算机绘图为基础的自动编程方法（简称图形交互式自动编 程） 。
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• ４．最小设定单位与编程尺寸的表示法 • 机床的最小设定单位，又成称脉冲当量，即数控系统能实现的最小 位移量，是机床的一个重要指标。 一般为0.0001～0.01mm，根据具 体的机床而定。 • 脉冲当量:电机转一个步距角，机床工作台移动的距离 • 步距角：数控装置发出一个指令脉冲信号，使步进电动机的转子旋 转的角度 • 编程时，所以编程尺寸都应转换成与最小设定单位相对应的数量。 编程尺寸有两种表示法： • 以最小设定单位（脉冲当量）为最小单位来表示 • 以毫米为单位，以有效小数来表示 • 例如：某坐标点尺寸为x=125.30mm,z=405.247mm, • 最小设定单位为0.01mm，则 • 第一种方法表示为：x12530 z40525 • 第二种方法表示为：x=123.30 z=405.247
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• 这些工作与普通机床加工零件时工艺规程的编制基本上是相似的，但 也有自身的一些特点。要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥数 控机床的效能。 • 2．数值计算 • 定义：按已确定的加工路线和允许的零件加工误差，计算出所需 的输人数控装置的数据。 • 主要内容：在规定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动的轨迹的 坐标值。 • 数值计算的复杂程度取决于零件的复杂程度和数控装置功能的强 弱，差别很大。 • （1）对点位控制的数控机床(如数控冲床等)加工的零件，一般不需 要计算，只是当零件图样坐标系与编程坐标系不一致时，才需要对坐 标进行换算。 • （2）对形状较简单的零件(如直线和圆弧组成的零件)的轮廓加工， 需要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点 或切点的坐标值，有的还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。
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• 3．主程序和子程序 • 数控加工程序可分为主程序和子程序。 • 在一个加工程序中，如果有几个连续的程序段在多处重复出现(例如， 在一块较大的工件上加工多个相同形状和尺寸的部位)，就可将这些重 复使用的程序段按规定的格式独立编号成子程序，输入到数控装置的 子程序存储区中，以备调用。 • 程序中子程序以外的部分便称为主程序。 • 在执行主程序的过程中，如果需要，可调用子程序。并可以多次重复 调用。 • 有些数控系统，子程序执行过程中还可以调用其他的子程序，即子程 序嵌套。这样可以简化程序设计，缩短程序的长度。 • 带子程序的程序执行过程：
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• 不同数控系统，程序号地址码所用的字符不同。如FANUC系统用O， AB8400系统用P，Sinumerik用%,必须根据说明书的规定使用，否则 系统不接受。 • 每个程序段的结束符号不同，FANUC用；表示结束还有的系统用 （LF,CR,EOB）等作为结束符。 • 2．程序段格式 2 • 程序段格式指一个程序段中字的排列顺序和表达方式。 • 程序段格式有三种： • 固定顺序程序段格式 • 带分隔符的固定顺序(也称表格顺序)程序段格式 • 字地址程序段格式 • 字地址程序段格式格式的特点： • （1）程序段中的每个指令字均以字母（地址符）开始，其后再跟 符号和数字。
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• 工件坐标系是编程人员在编程时使用的，由编程人员以工件图纸 上的某一固定点位原点（也称工件原点）所建立的坐标系，编程 尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定。工件坐标系的各坐标轴与机 床坐标系相应的坐标轴平行。 • 工件原点选择的原则： • 工件原点选在工件图样的尺寸基础上。 • 能使工件方便地装夹、测量和检验。 • 工件原点尽量选在尺寸精度高、粗糙度较细的工件表面上。 • 对有对称形状的几何零件，工件原点最好选在对称中心上。 • 机床坐标系与工件坐标系的关系一般说来，工件坐标系的坐标轴 与机床坐标系相应的坐标轴相平行，方向也相同，但原点不同。 在加工中，工件随夹具在机床上安装后，要测工件原点与机床原 点之间的坐标距离，这个距离称为工件原点偏置，这个偏置值需 要预置到
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• 数控系统中。在加工时，工件原点预置值使其能自动加到工件坐标系 上，使数控系统可按机床坐标系确定加工时的坐标值。 • ３．绝对坐标系和增量坐标系 • (1)绝对坐标系 • 在坐标系中，所有的坐标 点均以固定的坐标原点为起点 确定坐标值的，这种坐标系称为 绝对坐标系。 如右图所示，A、B两点的 坐标值均以固定的坐标原点 计算的，其坐标值为XA＝10， YA＝20，XB＝30，YB＝50。